智能建造技術(shù)在高層住宅施工中的應(yīng)用研究

摘" 要：隨著建筑行業(yè)向智能化、數(shù)字化方向發(fā)展，智能建造技術(shù)在高層住宅施工中的應(yīng)用日益廣泛。[A1]"通過(guò)系統(tǒng)分析智能建造技術(shù)體系及其基本原理，探討了高層住宅施工的特點(diǎn)以及傳統(tǒng)施工方式存在的主要問(wèn)題。結(jié)合當(dāng)前工程實(shí)踐，研究了建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）[A2]"技術(shù)在施工全過(guò)程中的應(yīng)用，分析了人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的協(xié)同作用，以及機(jī)器人施工與3D打印技術(shù)在高層住宅建造中的實(shí)踐探索，以期有效解決高層住宅施工的諸多挑戰(zhàn)，為行業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：智能建造 "高層住宅 "建筑信息模型 [A3]" 人工智能

中圖分類(lèi)號(hào)：TU974;TU17

Research on the Application of Intelligent Construction Technology in High-Rrise Residential Construction

LU Lili" FENG Wei

Weifang Changda Construction Group Co.， Ltd.， Weifang， Shandong Province， 261200 China

Abstract： With the development of the construction industry to the direction of intelligence and digitalization， the application of intelligent construction technology in high-rise residential construction is becoming increasingly widespread. Through By systematically analyzinges the intelligent construction technology system and its basic principle， this paper exploresand probes into the characteristics of high-rise residential construction and the main problems existing in traditional construction methods. Based onCombined with the current engineering practice， the application of Building Information Modeling （BIM） technology in the whole construction process is studied， the synergistic effect of artificial intelligence and Internet of Things technology is analyzed， and the practical exploration of robot construction and 3D printing technology in the construction of high-rise residential buildings is analyzed， in order to effectively solve many challenges in high-rise residential construction and provide technical support for the development of the industry.

Key Wwords： Intelligent construction; High-rise residential buildings; BIM; Artificial intelligence

隨著城市化的快速推進(jìn)，高層住宅建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。傳統(tǒng)施工技術(shù)暴露出效率低、質(zhì)量難控、安全風(fēng)險(xiǎn)高等應(yīng)對(duì)高層住宅復(fù)雜建筑需求的諸多弊端。智能建筑技術(shù)的興起，帶來(lái)了一個(gè)新的契機(jī)，解決了多種尖端技術(shù)的融合，正在重塑建筑行業(yè)的格局。本文將深入剖析智能建造技術(shù)在高層住宅施工中的應(yīng)用，旨在挖掘其應(yīng)用價(jià)值，以期為推動(dòng)建筑行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型提供有益參考。

1 "智能建造技術(shù)概述

智能建造技術(shù)是一個(gè)多維度、綜合性的技術(shù)架構(gòu)，主要涵蓋建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)，它以三維數(shù)字化模型整合建筑全生命周期信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的高效協(xié)同與可視化管理。人工智能技術(shù)憑借機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法，能對(duì)施工數(shù)據(jù)深度挖掘分析，用于預(yù)測(cè)施工風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)化施工流程。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、材料、人員等信息，構(gòu)建全面感知的施工環(huán)境，保障信息互聯(lián)互通。機(jī)器人技術(shù)則應(yīng)用于重復(fù)性、危險(xiǎn)性施工任務(wù)，像砌墻機(jī)器人、焊接機(jī)器人等，提升施工精度與效率。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)為海量施工數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算提供支撐，3D打印技術(shù)探索建筑構(gòu)件的新型制造模式^[1]。這些技術(shù)相互交織，共同構(gòu)成智能建造技術(shù)體系，賦能高層住宅施工等建筑領(lǐng)域。

2 "高層住宅傳統(tǒng)施工問(wèn)題分析

在傳統(tǒng)高層住宅施工中，由于缺乏精準(zhǔn)的進(jìn)度預(yù)測(cè)手段，難以全面考量復(fù)雜施工流程與外部因素，導(dǎo)致工期延誤頻發(fā)；質(zhì)量控制多依賴(lài)人工抽檢，檢測(cè)覆蓋范圍有限，難以對(duì)鋼筋連接、混凝土澆筑等關(guān)鍵工序進(jìn)行全程、精準(zhǔn)監(jiān)控，易出現(xiàn)質(zhì)量隱患；傳統(tǒng)安全監(jiān)測(cè)方式相對(duì)滯后，對(duì)高處作業(yè)、交叉作業(yè)等危險(xiǎn)場(chǎng)景無(wú)法實(shí)時(shí)預(yù)警，防護(hù)措施也存在不足；資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，材料采購(gòu)缺乏精確規(guī)劃，施工現(xiàn)場(chǎng)材料堆放雜亂、管理無(wú)序，造成材料損耗增加，不僅提高成本，還影響施工環(huán)境與效率，亟待通過(guò)新技術(shù)加以改善^[2]。

3 "智能建造技術(shù)在高層住宅施工中的具體應(yīng)用

3.1 "BIM技術(shù)在施工全過(guò)程的應(yīng)用

在高層住宅施工全過(guò)程，BIM技術(shù)構(gòu)建起一套系統(tǒng)且全面的應(yīng)用框架，如圖1所示。

在施工前期，利用BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，在虛擬環(huán)境下通過(guò)整合建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣等多專(zhuān)業(yè)模型進(jìn)行碰撞檢查，提前發(fā)現(xiàn)并解決各專(zhuān)業(yè)在施工階段的碰撞、拆除和返工，從而有效節(jié)約工期和費(fèi)用，從而避免施工階段發(fā)生的拆改返工現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，以BIM模型為基礎(chǔ)進(jìn)行施工進(jìn)度模擬，將進(jìn)度計(jì)劃與三維模型聯(lián)系起來(lái)，將各個(gè)施工階段的任務(wù)和順序直觀地展示出來(lái)，對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行精確的預(yù)測(cè)，并制訂[A4]"科學(xué)、合理的施工方案。

在施工過(guò)程中，為現(xiàn)場(chǎng)施工人員提供明確的施工指導(dǎo)，尤其是針對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)和要害部位，借助BIM的可視化特性，通過(guò)模型對(duì)施工過(guò)程及流程進(jìn)行顯示，促進(jìn)施工的準(zhǔn)確性。在質(zhì)量管理方面，利用移動(dòng)終端設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量資料進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并反饋給模型，將質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)與BIM模型相聯(lián)系，從而達(dá)到質(zhì)量問(wèn)題的精確定位和跟蹤整改的目的^[3]。利用BIM模型進(jìn)行資源管理，對(duì)材料、設(shè)備需求進(jìn)行精確計(jì)算，并根據(jù)施工進(jìn)度對(duì)資源配置進(jìn)行優(yōu)化，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)和供應(yīng)遲延的情況發(fā)生。

3.2 "人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用

在高層住宅施工中，人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用可以極大提升施工管理水平與效率。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)構(gòu)建感知層，通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)設(shè)備、材料、人員、環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)部署傳感器，實(shí)時(shí)采集海量數(shù)據(jù)，如利用壓力傳感器監(jiān)測(cè)塔吊的吊重情況、溫濕度傳感器記錄施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)等。這些傳感器將物理信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)采集終端。人工智能技術(shù)則對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析與處理。以施工進(jìn)度預(yù)測(cè)為例，利用自回歸積分滑動(dòng)平均模型（Autoregressive Integrated Moving Average model，ARIMA），其公式[A5]"為式（1）中[A6]"：y_t[A7]"是時(shí)間序列在t時(shí)刻的值[A8]"；φ_i和θ_j分別是自回歸系數(shù)和移動(dòng)平均系數(shù)；ε_t是白噪聲序列。通過(guò)對(duì)歷史施工進(jìn)度數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)采集的施工設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、人員出勤數(shù)據(jù)等進(jìn)行訓(xùn)練，預(yù)測(cè)施工進(jìn)度，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果提前調(diào)整施工計(jì)劃與資源配置^[4]。

在施工安全管理方面，物聯(lián)網(wǎng)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工人員的位置、行為與施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)區(qū)域狀態(tài)，人工智能算法基于這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警，如識(shí)別出人員在危險(xiǎn)區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間停留、違規(guī)操作設(shè)備等行為，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，保障施工安全，提升施工的智能化與精細(xì)化程度。

3.3 "機(jī)器人技術(shù)在高層住宅施工中的應(yīng)用實(shí)踐

在高層住宅施工中，砌墻機(jī)器人運(yùn)用先進(jìn)的視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)識(shí)別墻體位置和磚塊尺寸，通過(guò)預(yù)設(shè)程序控制機(jī)械臂抓取磚塊，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行有序堆砌。在操作時(shí)，首先對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行掃描建模，規(guī)劃砌墻路徑；然后，機(jī)械臂依據(jù)路徑規(guī)劃和磚塊擺放邏輯，以高精度完成砌墻作業(yè)。這樣極大地提高了砌墻的效率與質(zhì)量，并且減少人工誤差。

混凝土澆筑機(jī)器人則借助自動(dòng)化泵送系統(tǒng)與智能控制模塊，實(shí)現(xiàn)混凝土的精準(zhǔn)澆筑。它依據(jù)BIM模型提供的澆筑參數(shù)，如澆筑位置、澆筑量等，自動(dòng)調(diào)整泵送管道方向與泵送速度，確保混凝土均勻、連續(xù)地澆筑到指定部位，避免出現(xiàn)漏振、過(guò)振等問(wèn)題，提升混凝土澆筑質(zhì)量。

外墻噴涂機(jī)器人采用吸附裝置附著在建筑外墻，通過(guò)噴槍進(jìn)行噴涂墻體作業(yè)。其所搭載的智能涂料控制裝置能夠根據(jù)墻面的材質(zhì)和噴涂效果的需要，對(duì)涂料的噴出量和噴出的壓力進(jìn)行精確的調(diào)整，從而保證涂層的厚度均勻，表面平整，同時(shí)減少涂料的浪費(fèi)，提高了外墻噴涂施工的安全性和效率，為高層住宅建筑的高效、精準(zhǔn)的施工提供強(qiáng)有力的支持。

3.4 "3D打印技術(shù)在高層住宅部分構(gòu)件建造中的應(yīng)用探索

在高層住宅部分構(gòu)件建造中，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谟?jì)算機(jī)中構(gòu)建三維模型，利用專(zhuān)業(yè)建模軟件對(duì)構(gòu)件的形狀、尺寸及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)與優(yōu)化，將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 3D 打印機(jī)可識(shí)別的格式。打印過(guò)程中，選用適合建筑構(gòu)件的打印材料，如高強(qiáng)度的混凝土、特種塑料或復(fù)合材料等。通過(guò)擠出式、噴射式等打印方式，按照模型的分層切片數(shù)據(jù)，逐層堆積材料來(lái)構(gòu)建構(gòu)件。以打印混凝土預(yù)制構(gòu)件為例，混凝土通過(guò)特定配方調(diào)配后，由打印噴頭擠出，依據(jù)程序設(shè)定的軌跡進(jìn)行鋪設(shè)，每層打印完成后，經(jīng)過(guò)短時(shí)間凝固，再進(jìn)行下一層打印，直至完整構(gòu)件成型^[5]。

對(duì)于一些復(fù)雜造型或具有特殊功能要求的構(gòu)件，如異形陽(yáng)臺(tái)欄桿、裝飾性外墻構(gòu)件等，3D 打印技術(shù)無(wú)須[A9]"制作復(fù)雜模具，可以直接按照設(shè)計(jì)精準(zhǔn)成型，大大縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本。打印完成后，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行必要的后處理，如打磨、養(yǎng)護(hù)等，確保構(gòu)件滿(mǎn)足建筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為高層住宅部分構(gòu)件的建造提供高效、個(gè)性化的解決方案。

4 "智能建造技術(shù)應(yīng)用案例分析

4.1 "案例概況

在某城市核心區(qū)域的高層住宅項(xiàng)目中，因地處繁華地段，施工場(chǎng)地狹窄，周邊交通繁忙，對(duì)施工效率與安全要求極高。同時(shí)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)造型復(fù)雜，傳統(tǒng)施工工藝難以滿(mǎn)足精準(zhǔn)度與個(gè)性化需求。為攻克這些難題，開(kāi)發(fā)商引入智能建造技術(shù)，期望通過(guò)3D打印、機(jī)器人作業(yè)等前沿手段，在保障工程質(zhì)量的前提下，縮短工期、降低成本，打造智能建造示范項(xiàng)目。

4.2 "智能建造技術(shù)應(yīng)用過(guò)程

在該項(xiàng)目中，應(yīng)用3D打印技術(shù)時(shí)，首先依據(jù)設(shè)計(jì)方案構(gòu)建模型并轉(zhuǎn)化格式，然后再用適配材料按分層數(shù)據(jù)打印構(gòu)件，像異形外墻構(gòu)件就借此精準(zhǔn)成型。施工時(shí)，砌墻機(jī)器人依據(jù)規(guī)劃路徑砌墻，混凝土澆筑機(jī)器人按參數(shù)精準(zhǔn)澆筑。同時(shí)，借助BIM技術(shù)進(jìn)行全流程協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)維信息共享，保障各環(huán)節(jié)高效銜接，推進(jìn)智能建造落地。

4.3 "應(yīng)用效果評(píng)估

該高層住宅項(xiàng)目應(yīng)用智能建造技術(shù)成效顯著，具體如表1所示。

施工工期從24個(gè)月縮至18個(gè)月，大幅度縮短。構(gòu)件制造成本每平方米降低150元，成本控制出色。安全事故發(fā)生率明顯下降，從每萬(wàn)平方米0.5起減至0.1起。構(gòu)件成型精度誤差從±5 mm優(yōu)化為±2 mm，精準(zhǔn)度更高。設(shè)計(jì)變更次數(shù)從15次減至3次，保障施工連貫性。

5 "結(jié)語(yǔ)

智能建造技術(shù)的應(yīng)用為高層住宅施工帶來(lái)了革命性的變革。BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了施工精度和施工效率的全生命周期管理；在人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合中建筑工地的智能監(jiān)控與管理能力得到加強(qiáng)；在關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)中應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)和3D打印技術(shù)，提升了施工自動(dòng)化水平。今后，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在高層住宅施工中，智能建造將發(fā)揮更大的作用，促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)朝著數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展。

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